[發明專利]一種激光清洗微納顆粒污染物的方法和應用

有效

• 申請號: 202110618382.4
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113305106B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 韓敬華;馮國英;何長濤;丁坤艷;李瑋
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B08B7/00
• 分類號: B08B7/00;B08B13/00;G06F30/23;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.一種激光清洗微納顆粒污染物的方法，其特征在于：其包括：

構建清洗模型，所述清洗模型包括以下模型構建而成：包括污染物顆粒調制作用在內的基底界面處光場強度分布模型、包括污染物顆粒調制作用引起的溫度分布不均勻現象在內的基底界面處溫度分布模型、包括由溫度變化引起的熱應力變化作用在內的基底界面處熱應力分布模型，及基底界面處光力分布模型；

通過對所述光場強度分布模型進行的有限元分析，獲得場增強因子S₀；

基于該場增強因子S₀，對所述溫度分布模型進行有限元分析，獲得溫度分布，

基于所述溫度分布，通過所述溫度分布模型及所述熱應力分布模型的耦合分析，獲得污染物顆粒的熱應力分布；

通過清洗模型獲得污染物顆粒去除時的熱應力及熱應力產生的顆粒加速度，并獲得相同能量下的光力加速度大小；

將所得熱應力大小、范德華力加速度及光力加速度輸入comsol模型中通過閾值計算模型獲得顆粒去除閾值：

其中：

所述光場強度分布模型如下：

其中，I₀(t)表示激光平滑脈沖，Φ表示入射激光通量，t表示時間，t_l＝0.409t_FWHM表示脈沖時間計算系數，其中t_FWHM表示脈沖的持續時間，r₀表示極坐標系下、由污染物顆粒調制作用引起的光場場強增大區域的徑向長度；r表示極坐標系下污染物顆粒的徑向坐標；r_sh表示由污染物顆粒調制作用引起的光場場強減小區域的徑向長度；R表示污染物顆粒半徑；S₀表示場增強因子，其為污染物顆粒調制作用引起的入射激光在污染物顆粒底部產生的近場聚焦處的光場場強I與入射光場強I₀的比值、即S₀＝I/I₀，S₁表示由污染物顆粒調制作用引起的光場場強減小區域的面積，且

所述溫度分布模型如下：

其中，r表示極坐標系下污染物顆粒的徑向坐標，表示基底材料的熱擴散系數，其中，c_s表示負載污染物顆粒的基底材料的比熱容，表示基底材料的密度，k_s表示基底材料的導熱系數，A₀表示基底材料的熱吸收率，α表示基底材料的熱吸收系數，t₁表示時間單元，F(z，t)表示如下的函數：

其中，erfc表示互補誤差函數，c表示光速，e表示自然常數，Z表示直角坐標系下的豎向坐標；

所述熱應力分布模型通過對所述溫度分布模型及熱應力模型的聯合求解得到；

其中，所述熱應力模型設置如下：

其中，F_熱表示熱應力，ρ_p表示污染物顆粒的材料密度，f(t)表示污染物顆粒的位移函數，d表示微分符號；

所述光力分布模型如下：

F_total＝∫_ST·dS (12)

其中，F_total表示平均總光力，T表示時域平均的麥克斯韋應力張量，S表示面積，表示二元乘法,D表示電通量密度，E^*表示電場強度的共軛，H表示磁場強度，B^*表示磁通量密度共軛，E表示入射的電場，表示光場單位張量，D^*表示電通量密度的共軛；

所述激光清洗模型還包括以下的清洗條件模型：

其中，a表示顆粒與基底的接觸半徑；ρ_p表示污染物顆粒的材料密度，f(t)表示污染物顆粒的位移函數，其中d表示微分符號，表示Lifshitz常數，h表示分離距離、且h＝3～4埃米，P表示加載力，σ₁、σ₂分別表示顆粒和基底材料的泊松系數，E₁、E₂分別表示顆粒和基底材料的楊氏模量，R表示污染物顆粒的半徑；

所述閾值計算模型包括：

正向清洗閾值計算模型：

當F_熱＝F_粘+F_光時，獲得污染物顆粒去除閾值，其中，F_熱表示所得熱應力，F_粘表示范德華力，即不等式(8)中右式，F_光表示通過所述光力模型獲得的光力；

背向清洗閾值計算模型：

當F_熱＝F_粘-F_光時，獲得污染物顆粒去除閾值。

2.權利要求1所述的一種激光清洗微納顆粒污染物的方法在光學元件清洗中的應用。